Повышение эффективности автоматизированных механообрабатывающих участков серийного производства путем рационального построения приемо-сдаточных секций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Седых, Михаил Иванович

• Седых, Михаил Иванович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Седых, Михаил Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Описание предмета исследования.

1.2 Методика проектирования ПСС участка ГПС и определение производительности КШ.

1.3 Время цикла стеллажного КШ.

1.4 Способы решения задачи зонирования.

1.5 Цель и задачи исследования.

Глава 2. РАЗРАБОТКА ВРЕМЕННОЙ МОДЕЛИ ЦИКЛА РАБОТЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО СТЕЛЛАЖНОГО КШ С УЧЁТОМ ДИНАМИКИ ЕГО ДВИЖЕНИЙ.

2.1. Описание динамики работы механизмов КШ при перемещении тары в зоне хранения склада ГПС.

2.2. Время перемещения грузоподъёмника КШ между ячейками стеллажа.

2.3. Определение за какое количество ячеек до конечной поступит сигнал на торможение КШ.

2.4. Время, затрачиваемое КШ на установку и выемку тары из ячеек стеллажа.

2.4.1. Время работы приводов КШ при выемке тары из ячейки стеллажа.

2.4.2. Время работы приводов КШ при установке тары в ячейку стеллажа.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПСС УЧАСТКА ГПС И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО СТЕЛЛАЖНОГО КШ.

3.1. Вместимость и зонирование стеллажа ПСС участка ГПС.

3.2. Среднеожидаемое время, затрачиваемое КШ на перемещение единицы тары в зоне хранения ПСС участка ГПС.

3.3. Методика проектирования ПСС участка ГПС.

3.3.1. Исходные данные.

3.3.2 . Проектирование ПСС участка ГПС.

3.3.2.1. Параметры стеллажа при одностороннем расположении его вдоль трассы движения КШ.

3.3.2.2. Параметры стеллажа при двустороннем расположении его вдоль трассы движения КШ.

3.4. Определение производительности КШ.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ МОДЕЛИ ПСС УЧАСТКА ГПС.

4.1. Обоснование выбора метода определения производительности ПСС.

4.2. Алгоритмическое представление модели.

4.3 Программная реализация модели работы ПСС участка ГПС.

4.3.1. Описание структуры ячейки.

4.3.2. Описание структуры заявки.

4.3.3. Описание структуры груза.

4.4. Общее описание программы.

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. Исходные данные для проектирования накопителя ПСС участка ГПС и моделирования её работы.

5.2. Определение параметров стеллажа ПСС участка ГПС и производительности КШ при заданном грузопотоке путём имитационного моделирования.

5.2.1. Определение интенсивности запроса тары участком ГПС и построение диаграммы Гантта.

5.2.2. Параметры стеллажа ПСС участка ГПС.

5.2.3. Определение производительности КШ путём имитационного моделирования его работы.

5.3. Сравнительный анализ выходных данных по двум методикам.

5.4. Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности автоматизированных механообрабатывающих участков серийного производства путем рационального построения приемо-сдаточных секций»

Тенденции развития современного машиностроения в направлении снижения производственных затрат, развития новых технологий, увеличения номенклатуры и повышения качества выпускаемой продукции привели к широкому распространению во всём мире гибких автоматизированных механообрабатывающих участков.

На эффективность работы автоматизированного механообрабатывающего участка и цеха в целом оказывает влияние планировка участка, а в частности совмещение или разделение входа и выхода. При незначительных материальных потоках вход и выход с участка совмещают. Это позволяет сократить холостые пробеги межоперационного и внутрицехового транспорта, капитальные и эксплуатационные затраты на приемо-сдаточную секцию, а также приводит к росту концентрации работ по приёму и выдаче тары [ 5 ]. При значительном грузопотоке вход и выход с участка разделяют.

Выбор планировки производственного участка с совмещением или разделением входа и выхода зависит от производительности приёмосдаточной секции, а именно системы «стеллаж - кран-штабелёр». Это связано с тем, что на кран-штабелёр могут быть возложены, кроме обслуживания зоны хранения, функции по обслуживанию отделений, выполняющих вспомогательные функции (распаковка, проверка качества и количества прибывших грузов и т.д.), а также при некоторых планировках участка обслуживание основного оборудования. Кроме того, он относится к стандартному оборудованию и выпускается серийно, т.е. при проектировании его модель подбирают из номенклатурного ряда, выпускаемого промышленностью. В итоге, это привело к тому, что кран-штабелёр является «слабым звеном» во всей цепочке переработки грузов.

Исследованиями в области проектирования системы «стеллаж - кран-штабелёр» занимались А.А. Смехов [ 65, 66, 67, 68, 70 ], О.Б. Маликов [ 44,

45, 46, 47, 48 ], Ю.М. Краковский [ 35, 36, 37, 38 ] и другие учёные [3, 40, 54, 55, 58, 60, 86 ]. Существующие исследования складских систем охватывают, в основном, крупные складские комплексы, в то время как вопросы исследования небольших автоматизированных складов участков ГПС не получили достаточного развития. Несмотря на кажущуюся схожесть в принципах и методах их проектирования, различие в условиях работы автоматизированных складов участков ГПС выдвигает специфические требования к методам его проектирования, поэтому применение достаточно сложных алгоритмических методов, приемлемых для крупных складских комплексов, едва ли можно считать приемлемыми для складов участков ГПС. По сравнению со складом цеха или завода для складов участков ГПС характерны следующие особенности: возможность прибытия и отправления грузов небольшими партиями, с небольшими интервалами по времени; зависимость грузопотоков не столько от особенностей работы транспорта, сколько от производительности основного оборудования; ритмичность грузопотоков, отсутствие большой неравномерности. Поэтому при проектировании небольших складов, таких как автоматизированный склад участка ГПС, необходимо учитывать эту специфику.

Анализ работ [ 7, 11, 26, 39, 64, 65 ] по определению времени цикла крана-штабелёра показал не точность расчётов, вызванную сделанными допущениями. Авторы выше перечисленных работ не учитывали времена движения крана-штабелёра и грузоподъёмника при разгоне, торможении, движении на установочной скорости при позиционировании, а также нет рекомендаций о том за какое количество ячеек до конечной крану-штабелёру поступит сигнал на торможение. Сделанные допущения обоснованы тем, что эти времена оказывают незначительное влияние на общее время цикла в виду их малости по отношению к общему, т.к. перемещения грузоподъёмника крана-штабелёра происходят на значительные расстояния. Однако, как показал анализ работ и экспериментальные исследования, для складов участков ГПС характерны преимущественно перемещения грузоподъёмника крана-штабелёра на незначительные расстояния. Поэтому возникает необходимость определения времени цикла работы крана-штабелёра с учётом динамики его движений.

Оценка производительности системы «стеллаж - кран-штабелёр» по рекомендациям [13, 47 ] осуществляется по среднему времени цикла крана-штабелёра. Эту задачу пытались решить [ 59, 66, 74 ] с помощью аналитических методов: теории массового обслуживания, теории нечётких множеств, симплекс метода, теории вероятности и классических методов оптимизации. В итоге пришли к выводу, что ни один из вышеперечисленных методов не подходит для решения данной задачи, а в качестве метода исследования необходимо использовать имитационное моделирование.

Учитывая вышесказанное, возникает необходимость создания методики, позволяющей смоделировать работу приёмо-сдаточной секции участка ГПС с учётом всех особенностей её работы. Это позволит определять загрузку крана-штабелёра особенно для случаев, когда стоит выбор по совмещению или разделению функций приёма и выдачи тары, т.к. от этого зависит планировка приёмо-сдаточной секции и самого участка, т.е. совмещение или разделение входа и выхода.

Целью данной работы является разработка методики проектирования автоматизированных приёмо-сдаточных секций механообрабатывающих участков серийного производства.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

• выявлены зависимости времени цикла работы крана-штабелёра от динамических характеристик его движений;

• выявлены связи вместимости стеллажа приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка от количества наименований одновременно обрабатываемых заготовок и неравномерности их поступления на участок;

• разработана имитационная модель работы приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства;

• разработан алгоритм проектирования приемо-сдаточной секции. Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства, позволяющей:

• определять время цикла крана-штабелёра с учётом динамических характеристик его движения, что повышает точность расчётов при проектировании или моделировании его работы;

• сократить страховой запас в стеллаже приёмо-сдаточной секции, путём непрерывного обмена тары между механообрабатывающим участком и складом цеха;

• распределять заготовки по зонам хранения в стеллаже приёмосдаточной секции механообрабатывающего участка с учётом их оборачиваемости в каждый период времени, используя разработанную программу, что позволяет сократить время выполнения погрузочно-разгрузочных операций краном-штабелёром;

• создавать программные средства ориентированные на временные, геометрические и планировочные параметры стеллажа при проектировании приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка.

Результаты проведённых исследований в виде рекомендаций по формированию автоматизированной приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка серийного производства были использованы на предприятии ОАО «Йошкар-Олинский завод лесного машиностроения» участок по изготовлению деталей для сборки «Дроссельного узла».

На защиту выносится:

1. методика определения времени цикла автоматического стеллажного крана-штабелёра;

2. математическая модель функционирования приёмо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства в виде аналитического описания её элементов;

3. имитационная модель функционирования приёмо-сдаточной секции;

4. методика проектирования приемо-сдаточных секций автоматизированных механообрабатывающих участка серийного производства.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Седых, Михаил Иванович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана методика проектирования приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства, учитывающая динамику движений крана-штабелёра, количество наименований одновременно обрабатываемых заготовок и неравномерность их поступления на участок с цехового склада, зонирование стеллажа от частоты запроса заготовок участком в каждый период времени.

2. Разработана временная модель расчёта продолжительности цикла работы автоматического стеллажного крана-штабелёра с учётом времени движения грузоподъёмника и крана-штабелёра между ячейками стеллажа на установочной скорости при позиционировании, торможении, а также опускания (подъёма) грузоподъёмника при установке (выемке) тары в ячейки стеллажа.

3. Вместимость стеллажа приёмо-сдаточной секции определяется с учётом неравномерности поступления заготовок на автоматизированный механообрабатывающий участок с цехового склада, связанной с неравномерностью работы внутрицехового транспорта и цехового склада, а также максимального количества наименований заготовок, которые могут одновременно обрабатываться на производственном участке.

4. Предложена математическая модель функционирования приёмосдаточной секции производственного участка в виде аналитического описания её элементов: параметров стеллажа и среднеожидаемого времени цикла крана-штабелёра.

5. Разработана имитационная модель функционирования приёмо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка, учитывающая основные особенности её работы: неравномерность поступления заявок на обслуживание, скоростные характеристики двигателей крана-штабелёра, параметры стеллажа, зонирование, смену зон, вероятность обращения к ячейкам стеллажа. Предложенная структура вывода данных моделирования позволяет показать загрузку крана-штабелёра в каждый период времени.

6. Экспериментальная проверка разработанной методики проектирования приёмо-сдаточной секции осуществлена на ОАО «Йошкар-Олинском заводе лесного машиностроения» и подтвердила её пригодность для практического применения. При использовании данной методики были получены следующие результаты: вместимость стеллажа снизилась на 35%, максимальный коэффициент загрузки крана-штабелёра снизился до к3 = 0,73, совмещены функции приёмо-сдаточной секции по приёму и выдаче грузов, что привело к сокращению производственной площади участка на 7%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Седых, Михаил Иванович, 2007 год

1. Алексеев В.Б, Климов А.Ф Оптимизация работы кранов-штабелёров // Промышленный транспорт. 1974. №1. - С. 8 - 9.

2. Алексеев В.Б, Климов А Ф, Чинилин А В Размещение грузов на складах в зависимости от их оборачиваемости // Промышленный транспорт. -1977.№6.-С. 8-9.

3. Алексеев В.Б., Климов А.Ф., Чинилин А.В. Размещение грузов на складах в зависимости от их оборачиваемости // Промышленный транспорт. 1977. №6 - С. 8 - 9.

4. Альперович Т.А., Баранов В.В. и другие. Компьютерно-интегрированные производства и CALS-технологии. Учебное пособие/ Под ред. Черпакова Б.И. М.: ГУП ВИМИ, 1999. - 512 с.

5. Балашов В.М, Матвеев А.И., Схиртладзе А Г. Проектирование машиностроительных производств. Тверь. Изд. Тв.ГТУ, 1997. 122 с.

6. Белянин П.Н., Идзон МФ., Жогин А. С. Гибкие производственные системы М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.

7. Бирюков М.Г. Повышение эффективности функционирования универсального склада ГПС: Дис. канд. техн. наук. Москва. 1989. -142 с.

8. Бондаренко ВН. Технологические средства групповой технологии ГПС: Учеб. пособие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000. - 166 с.

9. Варзанов B.C. Гибкая автоматизированная система поиска и размещения грузов на складе // Опыт и перспективы развития складского хозяйства. Материалы семинара МДТНТ. М., 1989. - С. 57 -60.

10. Ю.Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. 312 с.

11. Вороненка В.П., Соломенцев ЮМ, Схиртладзе А.Г. Проектирование машиностроительного производства /Под ред. член-корр. РАН Ю.М. Соломенцева М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2002. - 348с.

12. Вороненко В.П, Схиртладзе А.Г., Брюханов В.Н. Машиностроительное производство. М.: Высшая школа, 2001.13 .Вороненко В П., Егоров В А, Косое МГ. и др. Проектирование автоматизированных участков и цехов. М.: Высшая школа, 2000. -127 с.

13. А.Вороненко В.П., Схиртладзе А.Г. Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Ковров, Изд. КГТА, 2000. 644 с.

14. Вороненко В.П., Седых М.И. Расчёт времени цикла автоматического стеллажного крана-штабелёра // Сб. научных трудов конференции «Молодёжь России науке будущего». - Ульяновск, 2006. - С. 140 — 142.

15. Джейсоун Н. Очереди с приоритетами: Пер. с англ. М.: Мир, 1973. -280 с.

16. Додонов Г.П., Лифанов В.А. Грузоподъёмные и транспортирующие устройства/ 2-е изд. М.: Машиностроение, 1990. - 248 с.

17. Егоров В.А., Лузанов В.Д., Щербаков С.М. Транспортно-накопительные системы для ГПС. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989 -293с.: ил.

18. Еленева Ю.Я. Обеспечение конкурентоспособности промышленных предприятий/ М.: ИЦ МГТУ Станкин, Янус-К, 2001 - 296 с.

19. Елизаров А.П., Мовшович Ф С. Транспортно-складская служба. Л. Лениздат., 1987.- 142 с.

20. Жуковский ЭИ., Чабаров В.А. Выбор оптимального варианта складской системы для тарно-штучных грузов // Подъёмно-транспортная техника и склады. 1990. №3. - С 65 - 67.

21. Ъ2.3ерцалов A.M., Певзнер Б И, Бененсон И.И Краны штабелёры. М.: Машиностроение, 1986.-318 с.: ил.

22. Зуев В.А., Рахилин КВ. Разработка метода для решения задачи зонирования в приложении к стеллажным складам // Новое в подъёмно-транспортной технике: Тезисы научно-технической конференции с международным участием. М., 1994. - С. 47.

23. ЪА.Имитационное моделирование в задачах проектирования и функционирования A3/ Портман В.Т., Скляревская Е.И. // Научно-методические основы разработки и создания автоматизированных заводов: Сб. научных трудов М.: ЭНИМС, 1989. - С. 152 - 165.

24. Краковский Ю.М Применение методов исследования операций при оптимальном проектировании складов с заданной производительностью: Автореф. дис. канд. техн. наук., Томск, 1976. -24 с.

25. Краковский Ю М Технология раскладки грузов по ячейкам стеллажей на высотных многономенклатурных складах // Опыт разборки и внедрения технологий на погрузочно-разгрузочных и транспортноскладских работах. JL: ЛДНТП, 1978. С. 49 - 52.

26. Коган Б.И. Автоматизированные транспортно-складские системы на участках механической обработки деталей: Учеб. пособие/ ГУ Кузбас. гос. техн. ун-т Кемерово, 2002. - 76 с.

27. А2.Лапкин Ю.П., Малкович А.Р. Перегрузочные устройства: Справочник -JL: Машиностроение, 1984. 223 с.

28. Лукьянов B.C. Решение задач в машиностроении методами имитационного моделирования. Учебное пособие. Волгоград, Изд. ВолгПИ, 1989.-96 с.

29. АА.Маликов О.Б., Малкевич А.Р. Склады промышленных предприятий. Справочник/ Под общ. ред. О.Б. Маликова JL: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1989. - 672с.

30. Маликов О.Б. Склады гибких автоматических производств. Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1986. - 187с.: ил.

31. Маликов О.Б. Математическое моделирование складов штучных грузов // Автоматизированные склады и организация их работы/ Под. ред. Л.С. Сегаля Л.: ЛДНТП, 1976. - С. 82 - 83.

32. Маликов ОБ. Проектирование автоматизированных складов штучных грузов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981. -240с.: ил.

33. Маликов О.Б. Некоторые вопросы проектирования производственных складов // Механизация и автоматизация межоперационного транспорта и складов в цехах промышленных предприятий/ Под. ред. О.Б. Маликов Л.: ЛДНТП, 1983 - С. 26

34. Медведев В.А., Вороненко В П., Брюханов В.Н. и др. Технологические основы гибких производственных систем. М.: Высшая школа, 2000. -255 с.

35. Пеезнер Б.И. Применение кранов-штабелёров на складах. М.: Машиностроение, 1970. - 55 с. с черт.

36. Пеезнер Б И. Краны штабелёры для складских работ. М.: ЦБТИМС, 1968.-С. 68-70

37. Прохоренко А Н., Арановский С.А. Автоматизированный промежуточный склад многономенклатурных грузов // Сборник статей НИИИНФОРМТЯЖМАШа М., 1970 С. 39 - 45

38. Рахилин К.В. Разработка метода зонирования при проектировании стеллажных складов для многономенклатурных грузов в условиях неопределённости: Дисс канд. техн. наук. Москва. 1996. 133 с.

39. Руженцева А.С., Коцарев Б.П., Смирнов С.М. Оптимизация работы штабелёров // Промышленный транспорт 1976. №5. - С. 25 - 26.

40. Самохвалов Е.И, Гречишников В А. Логистические системы компьютерно-интегрированных производств (транспортно-складское и загрузочное обеспечение производственных систем). Учебное пособие в 2-х частях М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2004. - 226с.

41. Сафаров Ташпулат Исследование и математическое моделирование многоцелевых сложных адаптируемых технологических систем (на примере ГПС механообработки): Дис. канд. техн. наук. М., 1991. -146 с.

42. Скрябин В.А., Соколов В О., Схиртладзе А.Г. и др. Автоматизация и автоматизированная технология машиностроительного производства. Пенза. Изд. ПГТУ, 1998. 173 с.

43. Смехов А.А. Автоматизированные склады. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1979.-288с.

44. Смехов А.А. Автоматизированные склады. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1987. - 296с., ил.

45. Смехов А.А. Автоматизированное управление транспортно-складскими процессами М.: Транспорт, 1985. -239 е.: ил.

46. Ы.СмеховАА Алгоритм гибкой автоматизированной системы складского хозяйства // Промышленный транспорт. 1987. № 10. - С. 24 - 25.

47. Смехов А.А. Логистика // Техника. 1990. № 12. - С. 36.

48. Смехов А.А. Введение в логистику. М.: Транспорт, 1993. - С. 102 — 107.

49. Ю.Смехов А.А. Математические модели процессов грузовой работы. М.: Транспорт, 1982.-255 с.

50. Стаханов В.Н., Тамбовцев С Н. Промышленная логистика. Учебное пособие/ 2-е изд., М.: Издательство ПРИБОР, 2000. - 96 с.

51. Транспортно-складские системы (Проблемы и задачи автоматизации проектирования)/ И.Э. Жуковский, Д.П. Федунец, В.А. Чабаров // Промышленный транспорт. 1987. №7. - С 27 - 29.

52. Хайер Н. Гибкие производственные ячейки на предприятиях США: проблемы внедрения, управления и повышения эффективности. Manufacturing Engineering. 2003. V. 130. Nr. 3.

53. Японский прогноз развития науки, техники и технологии до 2025 года /Под ред. Белобрагина В.Я., Дубицкого Л.Г. М.: АСМС, 2001.-612 с.

54. Busacott J.A. Flexible models of flexible manufacturing systems New York., 2004.- 122 p.

55. Evans Lary Factory of the future // AUTOPACT 5: Conf. Proc. Detroit, Mich., 14-17 Not., 1997: Dearborn, Mich., 1997.